CN109659536A - 一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109659536A
CN109659536A CN201811551177.5A CN201811551177A CN109659536A CN 109659536 A CN109659536 A CN 109659536A CN 201811551177 A CN201811551177 A CN 201811551177A CN 109659536 A CN109659536 A CN 109659536A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnesium
source
anode
ion battery
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811551177.5A
Other languages
English (en)
Inventor
谭强强
陈清清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Process Engineering of CAS
Langfang Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
Langfang Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Process Engineering of CAS, Langfang Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Institute of Process Engineering of CAS
Priority to CN201811551177.5A priority Critical patent/CN109659536A/zh
Publication of CN109659536A publication Critical patent/CN109659536A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用,所述正极材料包括内核层和包覆层,所述内核层为掺杂硅酸铁镁,所述掺杂硅酸铁镁的化学式为MgFexM1‑xSiO4,其中0.9≤x≤1,M为过渡金属元素,包覆层为碳材料。所述制备方法为:将镁源、M源、亚铁源、硅源以及碳源混合,在保护气氛下预烧结,得到前驱体;在保护气氛下将得到的前驱体进行二次烧结得到所述镁离子电池正极材料。所述正极材料具有优异的结构稳定性以及电化学性能,如充放电可逆比容量高;所述制备方法工艺操作简单、易于控制、有利于实现规模化工业生产。

Description

一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电池材料领域,涉及一种正极材料,尤其涉及一种镁离子电池正极材料及其制备方法。
背景技术
镁二次电池被认为是极具潜力的新型二次电池,其构成核心Mg负极、有机电解质溶液和具有良好脱嵌镁离子性能的正极材料。对镁离子脱嵌材料的研究始于上世纪七十年代,但至今并未形成产业化生产,最主要的是相比于锂离子来说,镁离子的半径小、电荷密度大,溶剂化更加严重,导致镁离子比锂离子更难嵌入到一般的正极材料中,而且镁离子在正极材料中的迁移也很缓慢。因此,今后很长一段时间内镁二次电池研究的核心将是开发出具有良好脱嵌镁离子性能的正极材料。
目前,该领域研究者试图发现容量更高的正极材料:例如五氧化二钒碳复合材料的放电容量可达270mAh/g(Imamura et al.,J.Electrochem.Soc.,2003,150,A753~758);镁锰尖晶石材料的放电容量可达546mAh/g(Yuan et al.,Electrochim Acta,2014,116,404~412);氟化磷酸铁镁橄榄石材料的放电容量可达138mAh/g(Huang etal.J.Mater.Chem.A 2014,2,11578~11582)。然而这些材料的循环稳定性不足,其充电容量经数次充放电后大部分消失。
CN 104095529 A公开了一种橄榄石结构的磷酸钴钒钛镁多元正极材料,其通过溶胶凝胶继高温烧结法进行制备,放电容量高达204mAh/g,且经500次充放电循环可保持在95%以上,是一种可行的电极材料,但是合成过程较为复杂,能耗及材料成本较高。
橄榄石结构的MgFeSiO4,具有较高的理论可逆比容量,是一种有良好前景的镁离子电池正极材料,但是其较低的电导率以及结构稳定性,限制了其电化学性能。因此,针对此类材料存在的问题,我们同时采用包覆及掺杂两种手段来解决,设计出一种复合型硅酸铁镁系镁离子电池正极材料,同时提高了其电导率以及结构稳定性,获得了优异的电化学性能。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用,所述正极材料具有优异的结构稳定性以及电化学性能,如充放电可逆比容量高;所述制备方法工艺操作简单、易于控制、有利于实现规模化工业生产。
为达到上述效果,本发明采用以下技术方案:
本发明目的之一在于提供一种镁离子电池正极材料,所述正极材料包括内核层和包覆层,所述内核层为掺杂硅酸铁镁,所述掺杂硅酸铁镁的化学式为MgFexM1-xSiO4,其中0.9≤x≤1,M为过渡金属元素,包覆层为碳材料。
其中,所述x可以是0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98或0.99等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中,所述镁离子电池正极材料采用特定元素进行掺杂的同时进行碳包覆,提高了材料的电导率以及结构稳定性,获得了优异的电化学性能。
作为本发明优选的技术方案,所述M包括Ti、V、Mn、Co、Cr或Ni中的任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:Ti和V的组合、V和Mn的组合、Mn和Co的组合、Co和Cr的组合、Cr和Ni的组合、Ni和Ti的组合或Mn、Co和Cr的组合等。
作为本发明优选的技术方案,所述正极材料中碳材料的质量分数为0.1~10wt%,如0.1wt%、0.2wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%或10wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为1~5wt%。
本发明目的之二在于提供一种上述镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将镁源、M源、亚铁源、硅源以及碳源混合,在保护气氛下预烧结,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体进行二次烧结得到所述镁离子电池正极材料。
作为本发明优选的技术方案,所述镁源包括氢氧化镁、氧化镁、碳酸镁、乙酸镁或草酸镁中的任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:氢氧化镁和氧化镁的组合、氧化镁和碳酸镁的组合、碳酸镁和乙酸镁的组合、乙酸镁和草酸镁的组合、草酸镁和氢氧化镁的组合或碳酸镁、乙酸镁和草酸镁的组合等。
优选地,所述亚铁源包括氧化亚铁、乙酸亚铁或草酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:氧化亚铁和乙酸亚铁的组合、乙酸亚铁和草酸亚铁的组合、草酸亚铁和氧化亚铁的组合或氧化亚铁、乙酸亚铁和酸亚铁的组合等。
优选地,所述M源化合物为过渡金属元素的氧化物、氢氧化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐或醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:氧化物和氢氧化物的组合、氢氧化物和硫酸盐的组合、硫酸盐和硝酸盐的组合、硝酸盐和碳酸盐的组合、碳酸盐和草酸盐的组合、草酸盐和醋酸盐的组合、醋酸盐和氧化物的组合或氧化物、氢氧化物和硫酸盐的组合等。
优选地,所述M源化合物为Ti、V、Mn、Co、Cr或Ni的氧化物、氢氧化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐或醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:氧化物和氢氧化物的组合、氢氧化物和硫酸盐的组合、硫酸盐和硝酸盐的组合、硝酸盐和碳酸盐的组合、碳酸盐和草酸盐的组合、草酸盐和醋酸盐的组合、醋酸盐和氧化物的组合或氧化物、氢氧化物和硫酸盐的组合等。
优选地,所述硅源为硅酸和/或二氧化硅。
作为本发明优选的技术方案,所述碳源为有机碳源和/或无机碳源。
优选地,所述有机碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、环氧树脂、果糖、聚偏氟乙烯或柠檬酸中的任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:葡萄糖和蔗糖的组合、蔗糖和淀粉的组合、淀粉和环氧树脂的组合、环氧树脂和果糖的组合、果糖和聚偏氟乙烯的组合、聚偏氟乙烯和柠檬酸的组合、柠檬酸和葡萄糖的组合或葡萄糖、环氧树脂和聚偏氟乙烯的组合等。
优选地,所述无机碳源包括石墨、石墨烯、氮掺杂石墨烯或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:石墨和石墨烯的组合、石墨烯和氮掺杂石墨烯的组合、氮掺杂石墨烯和碳纳米管的组合、碳纳米管和石墨的组合或石墨烯、氮掺杂石墨烯和碳纳米管的组合等。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述混合的方法为在溶剂中进行球磨混合。
优选地,所述溶剂为水和/或乙醇。
优选地,步骤(1)所述保护气氛为氮气和/或氩气。
优选地,步骤(1)所述预烧结的温度为350~600℃,如350℃、400℃、450℃、500℃、550℃或600℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为400~500℃。
优选地,步骤(1)所述预烧结的时间为1~2h,如1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述二次烧结的温度为600~1000℃,如600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述二次烧结的时间为4~12h,如4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为6~10h。
优选地,步骤(2)所述保护气氛为氮气和/或氩气。
本发明中,所述制备方法进行了预烧结和二次烧结,二次烧结主要是为了提高晶体的结晶度,有利于锂离子的嵌入和脱嵌,可以获得更好的容量及循环性能。
作为本发明优选的技术方案,所述镁离子电池正极材料的制备方法包括以下步骤:
(1)将镁源、M源、亚铁源、硅源以及碳源在溶剂中进行球磨混合,在保护气氛下350~600℃预烧结1~2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在600~1000℃下进行二次烧结4~12h得到所述镁离子电池正极材料。
本发明目的之三在于提供一种上述镁离子电池正极材料的应用,所述正极材料用于制备镁离子电池的正极极片。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
(1)本发明提供一种镁离子电池正极材料,所述镁离子电池正极材料,具有优异的结构稳定性和电化学性能,首次充放电可逆比容量为210~250mAh/g;
(2)本发明提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法环境友好无污染,同时降低了生产成本;
(3)本发明提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法工艺简单,反应条件温和,适用于工业化生产。
具体实施方式
为便于理解本发明,本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将氢氧化镁、草酸亚铁、碳酸锰(Ⅱ)、二氧化硅以及葡萄糖按照摩尔比1:0.9:0.1:1:0.05在水中进行球磨混合2h,烘干后,在氮气气氛下400℃预烧结2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在900℃下进行二次烧结8h得到所述镁离子电池正极材料。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Mn0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为250mAh/g和245mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例2
本实施例提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将氢氧化镁、草酸亚铁、碳酸锰(Ⅱ)、二氧化硅以及葡萄糖按照摩尔比1:0.95:0.05:1:0.05在水中进行球磨混合2h,烘干后,在氮气气氛下400℃预烧结2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在900℃下进行二次烧结8h得到所述镁离子电池正极材料。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.95Mn0.05SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为240mAh/g和220mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例3
本实施例提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将氢氧化镁、氧化亚铁、碳酸锰(Ⅱ)、二氧化硅以及石墨按照摩尔比1:0.9:0.1:1:0.05在水中进行球磨混合2h,烘干后,在氮气气氛下400℃预烧结2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在900℃下进行二次烧结8h得到所述镁离子电池正极材料。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Mn0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为230mAh/g和220mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例4
本实施例提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将氢氧化镁、草酸亚铁、碳酸锰(Ⅱ)、二氧化硅以及葡萄糖按照摩尔比1:0.9:0.1:1:0.05在水中进行球磨混合4h,烘干后,在氮气气氛下500℃预烧结2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在900℃下进行二次烧结8h得到所述镁离子电池正极材料。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Mn0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为240mAh/g和210mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例5
本实施例提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将氢氧化镁、草酸亚铁、碳酸锰(Ⅱ)、二氧化硅以及葡萄糖按照摩尔比1:0.9:0.1:1:0.05在水中进行球磨混合2h,烘干后,在氮气气氛下400℃预烧结2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在700℃下进行二次烧结10h得到所述镁离子电池正极材料。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Mn0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为235mAh/g和215mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例6
本实施例提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将碳酸镁、草酸亚铁、氢氧化亚镍、二氧化硅以及淀粉按照摩尔比1:0.9:0.1:1:0.05在水中进行球磨混合3h,烘干后,在氮气气氛下350℃预烧结2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在600℃下进行二次烧结12h得到所述镁离子电池正极材料。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Ni0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为233mAh/g和212mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例7
本实施例提供一种镁离子电池正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将碳酸镁、草酸亚铁、氢氧化亚钴、二氧化硅以及石墨烯按照摩尔比1:0.9:0.1:1:0.05在水中进行球磨混合3h,烘干后,在氮气气氛下600℃预烧结1h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在1000℃下进行二次烧结4h得到所述镁离子电池正极材料。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Co0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为228mAh/g和212mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例8
本实施例中,除了将步骤(1)中的碳源葡萄糖换为蔗糖外,其他条件均与实施例1相同。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Mn0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为226mAh/g和213mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
实施例9
本实施例中,除了将步骤(2)中的二次煅烧时间换为8h外,其他条件均与实施例1相同。
制备得到的镁离子电池正极材料的内核层化学式为MgFe0.9Mn0.1SiO4,对所述镁离子电池正极材料进行电化学性能测试,极片的质量配比为所述镁离子电池正极材料:乙炔黑:PVDF=8:1:1,电解液为(0.2mol/L[Mg2Cl2(DME)4][AlCl4]2)电解液。以镁片为参比电极,制备CR2025型纽扣电池。在1~3.0V电压窗口,0.1C倍率下,首次循环充电比容量和放电比容量分别为232mAh/g和210mAh/g,500次循环后容量保留率在90%以上。
对比例1
本对比例中,除了步骤(1)中不加入碳源外,其他条件均与实施例1相同。
本对比例所述制备方法得到的碳复合锰掺杂硅酸铁镁材料,电化学性能较差,首次放电容量仅为196mAh/g。
对比例2
本对比例中,除了步骤(1)中不加入碳酸锰(Ⅱ),碳酸镁与氧化亚铁的摩尔比为1:1外,其他条件均与实施例1相同。
本对比例所述制备方法得到的材料电化学性能较差,首次放电容量仅为196mAh/g。
对比例3
本对比例中,除了将步骤(1)中的球磨混合方式换为机械搅拌混合方式,其他条件均与实施例1相同。
本对比例所述制备方法得不到尺寸大小均匀的石碳复合锰掺杂硅酸铁镁材料。
对比例4
本对比例中,除了不进行步骤(1)所述预烧结直接进行步骤(2)所述烧结外,其他条件均与实施例1相同。
本对比例所述制备方法得不到尺寸大小均匀的碳复合锰掺杂硅酸铁镁材料。
通过实施例1与对比例1~4的比较可以看出,本发明所述镁离子正极材料,的包覆和掺杂两种修饰方式都不可或缺,制备方法中原料的混合方式以及两次烧结方法等任意一个条件缺失或工艺发生变化,都不能得到电化学性能较好的复合型硅酸铁镁系镁离子电池正极材料。而本发明实施例1~9制备得到的复合型硅酸铁镁系镁离子电池正极材料用于镁离子电池正极材料,该正极材料具有优异的电化学性能,首次充放电可逆比容量可达210~250mAh/g,而现有技术中的镁离子电池正极材料的首次充放电可逆比容量均无法达到上述范围。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种镁离子电池正极材料,其特征在于,所述正极材料包括内核层和包覆层,所述内核层为掺杂硅酸铁镁,所述掺杂硅酸铁镁的化学式为MgFexM1-xSiO4,其中0.9≤x≤1,M为过渡金属元素,包覆层为碳材料。
2.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于,所述M包括Ti、V、Mn、Co、Cr或Ni中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利1或2所述的正极材料,其特征在于,所述正极材料中碳材料的质量分数为0.1~10wt%,优选为1~5wt%。
4.一种权利要求1-3任一项所述的正极材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将镁源、M源、亚铁源、硅源以及碳源混合,在保护气氛下预烧结,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体进行二次烧结得到所述镁离子电池正极材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述镁源包括氢氧化镁、氧化镁、碳酸镁、乙酸镁或草酸镁中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述亚铁源包括氧化亚铁、乙酸亚铁或草酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述M源化合物为过渡金属元素的氧化物、氢氧化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐或醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述M源化合物为Ti、V、Mn、Co、Cr或Ni的氧化物、氢氧化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐或醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述硅源为硅酸和/或二氧化硅。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法,其特征在于,所述碳源为有机碳源和/或无机碳源;
优选地,所述有机碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、环氧树脂、果糖、聚偏氟乙烯或柠檬酸中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述无机碳源包括石墨、石墨烯、氮掺杂石墨烯或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述混合的方法为在溶剂中进行球磨混合;
优选地,所述溶剂为水和/或乙醇;
优选地,步骤(1)所述保护气氛为氮气和/或氩气;
优选地,步骤(1)所述预烧结的温度为350~600℃,优选为400~500℃;
优选地,步骤(1)所述预烧结的时间为1~2h。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述二次烧结的温度为600~1000℃;
优选地,步骤(2)所述二次烧结的时间为4~12h,优选为6~10h;
优选地,步骤(2)所述保护气氛为氮气和/或氩气。
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将镁源、M源、亚铁源、硅源以及碳源在溶剂中进行球磨混合,在保护气氛下350~600℃预烧结1~2h,得到前驱体;
(2)在保护气氛下将步骤(1)得到的前驱体在600~1000℃下进行二次烧结4~12h得到所述镁离子电池正极材料。
10.一种权利要求1-3任一项所述的镁离子正极材料的应用,其特征在于,所述正极材料用于制备镁离子电池的正极极片。
CN201811551177.5A 2018-12-18 2018-12-18 一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用 Pending CN109659536A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811551177.5A CN109659536A (zh) 2018-12-18 2018-12-18 一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811551177.5A CN109659536A (zh) 2018-12-18 2018-12-18 一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109659536A true CN109659536A (zh) 2019-04-19

Family

ID=66114598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811551177.5A Pending CN109659536A (zh) 2018-12-18 2018-12-18 一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109659536A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116732482A (zh) * 2023-05-16 2023-09-12 河南固锂电技术有限公司 一种复合多层镁离子电池正极材料及制备方法
WO2023238155A1 (en) * 2022-06-08 2023-12-14 Kaushik Palicha ALL SOLID-STATE Mg-BATTERY (SSMgB) EMPLOYING ELECTROLYTE ENCOMPASSING IRON RICH MATERIAL ENRICHED WITH MAGNESIUM

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101217194A (zh) * 2007-12-27 2008-07-09 上海交通大学 一种镁二次电池正极材料及其制备方法
CN101439861A (zh) * 2008-12-25 2009-05-27 上海交通大学 一种可充镁电池正极材料及其制备方法
CN102280620A (zh) * 2011-07-05 2011-12-14 内蒙古科技大学 镁二次电池正极材料稀土掺杂硅酸锰镁的制备方法
CN102723479A (zh) * 2011-03-30 2012-10-10 昭荣化学工业株式会社 镁二次电池用正极活性物质及镁二次电池
JP2012252813A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Hitachi Ltd 正極活物質及びこれを用いたマグネシウムイオン二次電池
CN102969503A (zh) * 2012-12-04 2013-03-13 奇瑞汽车股份有限公司 复合硅酸盐与碳的复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池
JP2013069604A (ja) * 2011-09-26 2013-04-18 Shoei Chem Ind Co マグネシウム二次電池用正極活物質及びマグネシウム二次電池
CN103155235A (zh) * 2010-05-25 2013-06-12 佩里昂技术公司 用于镁电池的电极材料
JP2014007155A (ja) * 2012-05-30 2014-01-16 Showa Denko Kk マグネシウムイオン二次電池用正極活物質及びその製造方法並びにマグネシウムイオン二次電池
WO2014017461A1 (ja) * 2012-07-25 2014-01-30 国立大学法人京都大学 マグネシウム化合物、その製造方法、正極活物質、正極、及びマグネシウムイオン二次電池
KR20140012293A (ko) * 2012-07-19 2014-02-03 전자부품연구원 마그네슘 이차전지용 양극활물질 및 이의 제조방법
KR20140012302A (ko) * 2012-07-19 2014-02-03 전자부품연구원 마그네슘 이차전지용 양극활물질 및 이의 제조방법
CN104143623A (zh) * 2014-07-09 2014-11-12 宁波职业技术学院 一种镁离子电池正极材料及其制备方法
WO2016042594A1 (ja) * 2014-09-16 2016-03-24 株式会社日立製作所 マグネシウム伝導性固体電解質及びそれを用いたマグネシウムイオン電池
CN106981655A (zh) * 2017-03-30 2017-07-25 宁波职业技术学院 一种新型镁离子电池正极材料及其制备方法
CN107293747A (zh) * 2017-05-08 2017-10-24 宁波职业技术学院 一种镁位掺杂的镁离子电池正极材料及其制备方法
JP2017208210A (ja) * 2016-05-18 2017-11-24 太平洋セメント株式会社 マグネシウムイオン電池用正極活物質及びその製造方法
CN107534180A (zh) * 2014-10-08 2018-01-02 国立研究开发法人产业技术综合研究所 非水电解质镁系二次电池

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101217194A (zh) * 2007-12-27 2008-07-09 上海交通大学 一种镁二次电池正极材料及其制备方法
CN101439861A (zh) * 2008-12-25 2009-05-27 上海交通大学 一种可充镁电池正极材料及其制备方法
CN103155235A (zh) * 2010-05-25 2013-06-12 佩里昂技术公司 用于镁电池的电极材料
CN102723479A (zh) * 2011-03-30 2012-10-10 昭荣化学工业株式会社 镁二次电池用正极活性物质及镁二次电池
JP2012252813A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Hitachi Ltd 正極活物質及びこれを用いたマグネシウムイオン二次電池
CN102280620A (zh) * 2011-07-05 2011-12-14 内蒙古科技大学 镁二次电池正极材料稀土掺杂硅酸锰镁的制备方法
JP2013069604A (ja) * 2011-09-26 2013-04-18 Shoei Chem Ind Co マグネシウム二次電池用正極活物質及びマグネシウム二次電池
JP2014007155A (ja) * 2012-05-30 2014-01-16 Showa Denko Kk マグネシウムイオン二次電池用正極活物質及びその製造方法並びにマグネシウムイオン二次電池
KR20140012293A (ko) * 2012-07-19 2014-02-03 전자부품연구원 마그네슘 이차전지용 양극활물질 및 이의 제조방법
KR20140012302A (ko) * 2012-07-19 2014-02-03 전자부품연구원 마그네슘 이차전지용 양극활물질 및 이의 제조방법
WO2014017461A1 (ja) * 2012-07-25 2014-01-30 国立大学法人京都大学 マグネシウム化合物、その製造方法、正極活物質、正極、及びマグネシウムイオン二次電池
CN102969503A (zh) * 2012-12-04 2013-03-13 奇瑞汽车股份有限公司 复合硅酸盐与碳的复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池
CN104143623A (zh) * 2014-07-09 2014-11-12 宁波职业技术学院 一种镁离子电池正极材料及其制备方法
WO2016042594A1 (ja) * 2014-09-16 2016-03-24 株式会社日立製作所 マグネシウム伝導性固体電解質及びそれを用いたマグネシウムイオン電池
CN107534180A (zh) * 2014-10-08 2018-01-02 国立研究开发法人产业技术综合研究所 非水电解质镁系二次电池
JP2017208210A (ja) * 2016-05-18 2017-11-24 太平洋セメント株式会社 マグネシウムイオン電池用正極活物質及びその製造方法
CN106981655A (zh) * 2017-03-30 2017-07-25 宁波职业技术学院 一种新型镁离子电池正极材料及其制备方法
CN107293747A (zh) * 2017-05-08 2017-10-24 宁波职业技术学院 一种镁位掺杂的镁离子电池正极材料及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023238155A1 (en) * 2022-06-08 2023-12-14 Kaushik Palicha ALL SOLID-STATE Mg-BATTERY (SSMgB) EMPLOYING ELECTROLYTE ENCOMPASSING IRON RICH MATERIAL ENRICHED WITH MAGNESIUM
CN116732482A (zh) * 2023-05-16 2023-09-12 河南固锂电技术有限公司 一种复合多层镁离子电池正极材料及制备方法
CN116732482B (zh) * 2023-05-16 2024-01-26 河南固锂电技术有限公司 一种复合多层镁离子电池正极材料及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107275606B (zh) 一种碳包覆尖晶石锰酸锂纳米复合材料及制备方法与应用
CN108987711B (zh) 一种球形钠离子电池正极四元材料及其制备方法
CN108682827A (zh) 一种碳复合钠离子正极材料及其制备方法
CN102760876B (zh) 铌酸盐及其复合材料与其在二次锂电池中的应用
CN102263263B (zh) 锌和氟掺杂的碳包覆磷酸锰锂正极材料及其制备方法
CN112885985B (zh) 一种正极极片及其制备方法、电化学储能装置及电化学储能装置的预金属化方法
CN103594708B (zh) 一种变价铁基复合正极材料及其制备方法
CN109449417A (zh) 一种磷酸铁钠复合正极材料及其制备方法和应用
CN105470454A (zh) 一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法
CN109860533A (zh) 一种复合型核壳结构的镁离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN108832096A (zh) 一种双掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN108963242A (zh) 一种无定型钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池
CN110649263A (zh) 镍离子电池磷酸钒锂正极材料及溶胶凝胶制备方法与应用
CN106159237B (zh) 一种钒基硼酸盐负极材料及其制备方法
CN111490240A (zh) 一种水系锂离子电池及其应用
CN109659536A (zh) 一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN110931770A (zh) 一种Cr掺杂改性高电压尖晶石正极材料及其制备方法
CN102185146A (zh) 稀土掺杂的磷酸锰锂正极材料及其制备方法
CN108281620B (zh) 一种钠离子电池负极材料二氧化钛的制备方法
CN110233251A (zh) 一种多孔硅/碳复合材料的制备方法及其应用
CN107230779B (zh) 一种高温稳定的相变型氟硫酸铁锂电池材料的制备方法及电极片与锂离子电池的使用方法
TW201533963A (zh) 一種磷酸鋰鐵錳/碳陰極材料的製造方法及其用途
CN109411706A (zh) 一种改性工作电极及其制备方法
CN109921006B (zh) 一种富氧氮化钒的应用
CN114843459B (zh) 一种五硫化二锑基材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190419

RJ01 Rejection of invention patent application after publication